潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真.pdf

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1、第32卷第5期2010年5月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．32，No．5May，2010潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真张孝芳，王树宗(海军工程大学，湖北武汉430033)摘要：发射控制阀是水下鱼雷发射系统的重要部件，其流量特性决定了鱼雷发射内弹道及相关的发射系统瞬态特性。基于可压缩流体力学控制方程和k-e湍流模型，运用商用计算流体力学软件Fluent对发射控制阀的内部流场进行了数值模拟。得到了控制阀内部流场规律。所获得的数值模拟结果可为迸一步研究水下武器发射气动系统的振动与噪声特性提供参考。关键词：计算流体力学；流场仿真；控制阀；潜艇；

2、武器发射中图分类号：TJ635文献标识码：A文章编号：1672—7649(2010)05—0125—03DOI：10．3404／j．issn．1672—7649．2010．05．03lNumericalanalysisof3dimensionalflowfieldofsubmarineweaponlaunchcontrolvalveZHANGXiao-fang，WANGShu·zong(NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Thelaunchcontrolvalveisthemostimportantdevice

3、intheunderwatertorpedolaunchsystem．Themassflowrateofgasthroughthevalvedeterminestheinteriortrajectoryofthetorpedoandtransientcharacteristicofthehunchsystem．Basedonthecompressiblefluidgoverningequationandk-eturbulencemodel，theinteriorflowfieldinthecontrolvalveissimulatedusingthecommercialcomputat

4、ionalfluiddynamicssoftwareFluent．Theresultscanbeusedinthefutureresearchoftheflowinducedvibrationandaerodynamicnoiseofthelaunchsystem．Keywords：computationalfluiddynamics；flowfieldsimulation；controlvalve；submarine'；weaponlaunch0引言水下鱼雷发射系统利用压缩空气作为能源，通过气水缸的动力转换实现鱼雷的发射。作为一种具有特殊用途的流体动力机械，发射系统工作过程中所表现出

5、的所有瞬态特性本质上都与其内部的流体流动具有直接或间接的联系，而发射控制阀则是实现鱼雷发射内弹道控制及影响发射系统瞬态特性的关键部件，对发射阀内部流场详细特征的准确认识与把握对研究发射系统的瞬态特性具有重要的意义。随着高性能计算的发展，计算流体力学(CFD)已经逐步成为流场分析与研究的重要手段，并且近年来已经出现了一批高效通用的CFD分析工具，如Fluent、CFX、CD—Star等。本文采用较为成熟且工程分析中广泛采用的Fluent对发射阀内部流场进行了数值模拟，得到了发射阀内部流场的特征，所获得的数值模拟结果可为进一步研究水下武器发射气动系统的振动与噪声特性提供参考。l发射阀结构及

6、CFD几何模型对于气动水压平衡式发射系统，在整个发射过程中，发射阀的作用是控制与调节发射气瓶内的压缩空气进入发射气缸的流量，以控制气缸活塞运动的速度。其结构如图1所示，它主要由缓冲器、阀芯等部件组成。发射控制阀的一端连接高压气瓶，另一端通过收稿日期：2010一Ol一07；修回日期：2010—03—09作者简介：张孝芳(1981一)，男。博士研究生，研究方向为武器系统总体与核心子系统设计。·126·舰船科学技术第32卷图1发射控制阀结构示意图Fig．1Schematicofthelaunchcontrolva

7、ve管道与发射气缸相连。发射开始时，阀芯运动使节流孔打开接通气路，高压空气进入

8、气缸推动活塞运动从而实现鱼雷的发射(图1中虚线所示为气流流动方向)。在进行CFD建模时，选取阀座与阀芯处气流流经的空腔以及与之相连的管道作为数值模拟的计算域。利用GAMBIT2．3．16对所选定的计算区域进行网格划分。为了得到最优的网格质量以及网格划分的方便，对整个计算区域进行了分块，并在节流口处对网格进行了局部加密。上下游连接的管道采用Hex—map方案划分为六面体结构网格，而阀芯及阀座处则采用Tri—pave方案划分为四面体非结构网格。由于